研究目的
通过简易热解P(AN-co-DVB)聚HIPE,在相对较低的900°C温度下制备具有宏观/介观/微观多级孔结构的3D互联高孔隙率石墨域碳泡沫,从而获得高导电性碳泡沫,用于高效封装相变材料以实现电/光-热能量转换。
研究成果
在900°C下热解稳定的P(AN-co-DVB)泡沫,制得了具有高比表面积、高导电性及石墨化区域的碳泡沫,适用于封装相变材料。该复合材料展现出高潜热值、200次循环以上的稳定性,以及高效电/光-热能转换效率(最高达85%和91%),显示出在热能存储应用中的潜力。
研究不足
该研究采用特定的聚合物前驱体和热解条件,这可能限制其推广至其他材料或温度范围。能量转换效率是在受控实验室条件下测量的,在实际应用中可能会有所不同。合成方法的大规模生产可扩展性未得到充分探讨。
1:实验设计与方法选择:
研究采用高内相乳液(HIPE)法合成聚(丙烯腈-共-二乙烯基苯)(P(AN-co-DVB))泡沫,随后在氮气氛围下900°C稳定化及热解制备碳泡沫。通过真空浸渍法将其用于封装相变材料(石蜡和聚乙二醇)。表征包括结构、热学及电学分析以评估性能与能量转换效率。
2:样本选择与数据来源:
样本包含含/不含致孔溶剂(1,2-二氯苯)的P(AN-co-DVB)泡沫,热解后分别形成CF1和CF2碳泡沫。相变材料为石蜡(PA)和聚乙二醇(PEG)6000。
3:实验设备与材料清单:
聚(丙烯腈-共-二乙烯基苯)泡沫、石蜡、聚乙二醇、热解用氮气,以及默克公司等提供的各类化学品。设备:X射线衍射仪(X'Pert Pro MPD,飞利浦)、FTIR光谱仪(Spectrum 100,珀金埃尔默)、氮吸附分析仪(Belsorb系统)、XPS(Sigma探针,VG科学)、拉曼光谱仪(Takram显微拉曼,Teksan)、扫描电镜(TESCAN VEGA/XMU)、四探针电导率仪、DSC(DSC-Q1000和Q2000,TA仪器)、高分辨透射电镜(JEM-2100,日本电子)、热循环仪(TCS110,NAMAGO)、数据采集系统(研华USB-4718)、红外热像仪(Ti27,福禄克)、直流电源。
4:8)、红外热像仪(Ti27,福禄克)、直流电源。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:配制水相与有机相的HIPE,60°C聚合24小时,干燥、萃取,240°C稳定化8小时,氮气氛围下900°C热解2小时。相变材料封装通过熔融PCM、浸渍碳泡沫、固化并去除多余材料实现。按设备规范进行表征,包括循环测试与效率测量。
5:数据分析方法:
采用BET法测比表面积、BJH法分析孔径分布、DSC测热性能、拉曼分析石墨化程度,并通过指定公式计算封装率与能量转换效率。
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